IE327 – Prof. Jacobus Cap. 8 Modelagem de Pequeno Sinal para Baixas e Médias Freqüências (parte 1)
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Cap. 8
Modelagem de Pequeno Sinalpara Baixas e Médias
Freqüências
(parte 2)
8.3 Modelo de Pequeno Sinal para a parte Intrínseca em Freqüência Média
- Anteriormente, considerou-se um pequeno sinal de Baixa Freqüência variando ao redor das tensões d.c. . Desprezou-se o “Efeito de Carga Armazenada”.
Mas o que é “Efeito de Carga Armazenda” ?
t
QI
V
QC
Antes (sempre),havia isso...
- Agora (seção 8.3), considera-se “Operação Quase- Estática” e leva-se em conta parte do “Efeito de Carga Armazenda”.
Aplicar-se-á Média Freqüência…
P1.: Mas o que é “Operação Quase - Estática” R1.: Os vários valores de tensão ocasionarão valores de corrente e cargas elétricas como se fossem grandezas d.c.
P2.: Não é estranho as correntes continuarem a ser como se as tensões fossem d.c. e não serem a soma de uma componente devido aos capacitores com as próprias correntes d.c. ?
- Será considerado inicialmente apenas a parte Intríseca e na seção 8.4 adiciona-se os efeitos da parte Extrínseca.
- A “Ionização de Impacto” é desconsiderada...Essa é aquela que foi considerada nas seções anteriores deste capítulo, que produziamuma corrente .
DBI
8.3.2 - Capacitâncias Intrínsecas.
O índice “0” aolado das grandezassignifica “Ponto Quiescente”.
( Fig. 8.15 a ) Transistor polarizadoCom 4 tensões d.c. em um certo pontode operação.
( Fig. 8.15 ) Medida dasCapacitânciasIntrínsecas.
Considera-se:
-Inv. Forte;
-Aumento detensões;
-“Estado Permanente”das tensões deantes e depoisda variação.
S
Ggs V
QC
S
Bbs V
QC
( Fig. 8.15 b ) Efeito de um pequeno Aumento na Tensão de Fonte (Vs).
Capacitâncias surgidas devido a SV :
0 BIoG QQQQ
0 BIG QQQ
Do cap. 3
( Fig. 8.16 ) Significado de Cgs , a Capacitância Intrínseca de gate-sourcepara pequeno-sinal.
Apresentação em detalhede uma das capacitânciassurgidas devido a variaçãode tensão na Fonte...
D
Ggd V
QC
D
Bbd V
QC
( Fig. 8.15 c ) Efeito de um pequeno aumento na Tensão de Dreno (Vd).
Capacitâncias surgidas devido a DV :
0 BIoG QQQQ
0 BIG QQQ
Do cap. 3
B
Ggb V
QC
( Fig. 8.15 d ) Efeito de um pequeno aumento na Tensão de Corpo (Vb).
Capacitâncias surgidas devido a BV :
0 BIoG QQQQ
0 BIG QQQ
Do cap. 3
0 CG QQ
S
Ggs V
QC
S
Bbs V
QC
D
Ggd V
QC
D
Bbd V
QC
B
Ggb V
QC
BDG VVVS
Ggs V
QC
,,
BDG VVVS
Bbs V
QC
,,
BSG VVVD
Ggd V
QC
,,
BSG VVVD
Bbd V
QC
,,
DSG VVVB
Ggb V
QC
,,
(8.3.1)
(8.3.2)
(8.3.3)
(8.3.4)
(8.3.5)
Circuito Equivalente de Pequeno Sinal
( Fig. 8.17 ) Simples Circuito Equivalente de Pequeno Sinal para o transistor mos.
- Princípio da não-interferência :
Exemplo:SV Causa uma
cargano terminal g.
e não interferem noEfeito Capacitivo de . O
Sgs VC
gdC gbC
gsC 0Vneles.
Até quanto é Freqüência Média ?
Trabalhando na Inversão Forte, pode-se dizer que o limite superior de freqüência é PROPORCIONAL ( não igual ) a:
2L
VV TGSo
( 8.3.6 )
o1,0 o5,0ou atéExemplo: Limite de validade
Agora, vou ter que desenvolver as 5 capacitâncias obtidas anteriormente...Ou seja, colocá-las em termos de tensões nos terminais...
P.: Como fazer isso ? É complicado ? R.: Isso será realizado considerando-se as 3 regiões de inversão separadamente e usando as equações de Cargas Elétricas já desenvolvidas ao longo do Capítulo 4 e Capítulo 7....
Se usarmos as equações do Modelo Completo de Cargas, as novas esquações resultantes serão complexas, mas, usando-se o Modelo Simplificado de Cargas ( sec. 4.5.3 ) ficará mais simples e ainda assim aceitável.
Para a Inversão Forte :
1
1
3
21
1 2'
TGSSBooxB VVVWLCQ
oSBo
TGSoxG QV
VVWLCQ '
2'
1
1
3
21
(7.4.15)
(7.4.17)
BDG VVVS
Ggs V
QC
,,
BDG VVVS
Bbs V
QC
,,
BSG VVVD
Ggd V
QC
,,
BSG VVVD
Bbd V
QC
,,
DSG VVVB
Ggb V
QC
,,
Para a Inversão Forte : (continuação)
SB
T
SBo dV
dV
V
1
211
Dependendo do valor escolhido para α, as derivadas podem ser complexas ou não !(Faz-se, então, duas considerações):
Adota-se α = α1 (como no Cap. 4)
e considera-se que a variação de α1 com VSe VB é desprezível. P.:Qual a motivação dessa última “assumption” ?R.: Fazer α1 uma constante.
Para a Inversão Forte : (continuação)
Após todas essas considerações, obtém-se:
O Porquê Matemático do comportamento dos gráficos anteriores :
Lembrar-se: Aumenta VSB, o VGSDiminui.... VGB = VGS+VSB
Como ficam as Capacitâncias na Inversão Fortee Não-Saturação :
0DSV 1eConsideração:
O Porquê intuitivo dos valores das capacitânciasna Não-Saturação :
Lembrar-sedo significadoFísico da“Capacitânciade Junção”(Cap. 1), paraexplicarporque Cgb=0
BI QQ ''
Como ficam as Capacitâncias na Inversão Fortee Saturação :
DSDS VV ' 0eConsideração:
Inversão Moderada:
Não tem equações de cargas desenvolvidasespecificamente para essa região...
Por isso, é melhor desenvolver equaçõesde capacitância a partir de um “ModeloGeral de Cargas” para, assim, tambémavaliar a Inversão Moderada.
Expressões para Inversão Moderada serão vistas adiante.
Inversão Fraca:
FBGBoxB VVWLCQ
42
2'
oBG QQQ
(7.4.33)
(8.3.5)
DSG VVVB
Ggb V
QC
,,
(7.4.34)
0 bsbdgsgd CCCC (8.3.33)
FBGB
oxgbVV
CC
42 2
(8.3.32)
Modelo Geral de Folha de Cargas
Depleção
FBGB
oxgbVV
CC
42 2
(8.3.36)
Acumulação
MSGBoxG VWLCQ '(7.4.51)
DSG VVVB
Ggb V
QC
,,
oxgb CC (8.3.37)
Quando VGB está muito perto de VFB, a consideraçãode uma fina folha de cargas acumuladas se desfaz...
Efeitos de Pequena Dimensão-Saturação de velocidade, modulação de canal, cálculos 2D.-As expressões de Carga levam em conta valoresefetivos para contornar os efeitos.
Capacitâncias Extrínsecas
gseC
gdeC
bseC
bdeC
sdeC
gbeC
Capacitância de gate
ogdegse WCCC ''
obgbe LCC ''2
É multiplicadopor 2, poisC’’ob é a contribuiçãode cada lado docanal
Capacitância de junção
bseC
bdeC
jscjsfSjsSbse WCClCAC '''''
jscjsfSjsSbse WCClCAC '''''
Capacitância de junção (ou seja, substrato)
Capacitância de proximidade de Fonte e Dreno
sdeC
Difícil de avaliar, mas pode ser desprezado !Exceto para canal curto
P.: Por que é difícil avaliar ?R.: Por causa das paredes de source e drain serem não – retas.